液壓滑模施工技術在高速公路橋梁高墩臺施工中的應用

楊學

摘 要：文章在分析高速公路橋梁高墩臺施工特點和滑模施工技術優勢的基礎上，以某高速公路橋梁為研究背景，分析了高墩臺滑模施工技術的具體應用。從滑模結構組成設計、提升系統設計、液壓系統設計以及千斤頂數量確定等方面研究了液壓滑模系統結構設計，最后分析了橋梁高墩臺滑模施工方法和施工注意事項。

關鍵詞：公路橋梁 高墩臺 滑模施工 結構設計 工藝應用

1 高墩臺施工特點

橋梁高墩臺結構是橋梁結構的重要組成部分，高墩臺的施工質量對橋梁結構的安全穩定性有著舉足輕重的作用，高墩臺施工質量控制要求較高。橋梁高墩臺結構的施工技術要求主要有以下幾方面的特點。1）測量精度高。橋梁高墩臺施工對測量精度要求高，但是由于橋梁高墩臺具有重心較高、墩臺截面卻相對較小以及墩臺自身柔度較大的特點，在施工過程中其測量精度較難控制。2）橋梁高墩臺施工設備投入大。橋梁高墩臺施工有翻模法、滑模法等施工方法，拿本文研究的液壓滑模法為例，在施工過程中需要投入液壓滑模設備、汽車吊、重型卡車等輔助設備，大部分項目實際施工中工期都壓縮的很緊，通常需要投入多套液壓滑模設備及其施工配套輔助設備[1]。3）高墩臺對施工接縫質量要求高。橋梁高墩臺除了承受橋梁上部結構自身重力和橋面行車動荷載外，還需要承受橋梁結構傳遞的扭矩和彎矩，這對高墩臺的整體性和柔性提出了較高要求，施工接縫是橋梁高墩臺整體性的一部分，所以施工過程中必須采取措施防止接縫處開裂。4）基于橋梁工程施工場地的特殊性，留給高墩臺的施工空間相對較小，在較小的施工空間內需要高效調度各類大型施工機械設備，讓各種機械設備無縫銜接、高效安全的完成高墩臺施工，對施工現場技術管理人員和機械設備調度人員來說都提出了較大挑戰。5）橋梁高墩臺施工受外部環境影響較大。橋梁高墩臺施工項目所在地通常是洼地、溝壑等地勢較低處，當施工過程中遇到降雨大風天氣時，對高墩臺施工機械設備和施工人員造成了較大的安全隱患。所以，在制定橋梁高墩臺施工方案時，要將天氣因素考慮在內，根據施工項目所在地的氣候條件作出科學合理的施工計劃。

2 液壓滑模施工技術的優勢

2.1 有效提升橋梁高墩臺施工的安全性

采用液壓滑模施工技術對橋梁高墩臺施工前，需要對支撐桿結構和門架結構進行數學建模驗算，驗證支撐桿結構和門架結構的安全性，驗算合格后的支撐系統在使用過程中，可以有效提升模板的整體穩定性。在保證結構整體穩定性的前提下，在液壓滑模施工過程中要對關鍵部件做好防腐措施，對提升液壓滑模施工的安全性有較大的促進作用。

2.2 有效提升橋梁高墩臺施工速度

采用液壓滑模施工技術對橋梁高墩臺施工，高墩臺施工用混凝土可以采用干硬性混凝土，可以提升高墩臺結構的耐久性，提升墩臺施工質量的同時還可以有效提升施工速度。液壓滑模施工技術可以提升高墩臺施工速度的主要原因是滑模施工技術不設置水平施工縫且滑模施工技術對輔助材料消耗用量較少，減少了輔助材料的垂直運輸時間，繼而有效的提升了施工速度[2]。

2.3 提升橋梁高墩臺施工的環保性

相對其他傳統施工方法來說，采用液壓滑模施工技術對橋梁高墩臺施工，可以有效減少大量機械設備的一次性投入，降低與機械設備相配套的輔助材料的消耗量，繼而達到了控制工程施工中廢氣廢料的產生量，充分降低施工成本的同時也增加了橋梁高墩臺施工的環保性。

3 工程案例簡介

某高速公路橋梁設計全長262m，橋面總寬度設計值為24.2m，高速公路橋梁的墩臺總數為14個，其中墩臺高度超過13m的有6個，墩臺高度最高為16m，墩身界面尺寸為6.6m×3.4m，混凝土等級為C40。該高速公路橋梁的所有墩臺都處于低洼區域，低洼區域無河流和積水。該高速公路橋梁高墩臺施工采用液壓滑模施工技術，建設單位要求趕工期，施工單位在保證橋梁高墩臺施工質量不受影響的情況，通過增設一套液壓滑模施工裝置來提升施工速度。

4 液壓滑模結構設計

4.1 滑模構造設計

1）模板系統設計?；Ｃ姘宀牧线x用鋼板制作，鋼板厚度設計為6mm，鋼板高度設計為1.28m，單塊滑模面板設置5組型號L50mm×5mm的角鋼作為加固勁肋，模板系統的定位和支撐結構采用圍圈來實現，上下兩個圍圈的設計間距為1m，圍圈采用規格尺寸為100mm×48mm×5.3mm的槽鋼現場加工制作而成，圍圈和剛桁架之間采用焊接作業方法進行連接。為了便于后期的脫模作業，滑模的內模采用錐度設計模式，滑模模板的上口和下口高差設計為2mm。2）滑模結構的提升系統設計?；＝Y構提升系統的支撐桿件材質設計選用Q235鋼制作而成，支撐桿長度為130cm，直徑300mm，支撐桿之間的加長連接采用焊接模式；滑模結構的提升架是用槽鋼組成的“F”型門架，“F”型門架由槽鋼現場焊接制作，“F”型門架的橫梁采用18#槽鋼，“F”型門架的立柱選用18#槽鋼制作。3）滑模結構的液壓系統設計。液壓系統主要有液壓控制臺、油管以及千斤頂組成，根據項目施工實際需求，千斤頂選用承載能力在10噸以上的HM-120型液壓千斤頂，千斤頂爬生最大行程為270mm，經過設計驗算完全滿足該公路橋梁項目的滑模施工要求，液壓控制臺選用YKT-56型，通過油路系統與千斤頂相連。4）滑模結構的操作平臺設計。操作平臺支撐結構采用桁架梁結構，桁架采用角鋼焊接制作而成，角鋼規格選用邊寬（56mm）×邊厚（4mm）和邊寬（70mm）×邊厚（8mm）兩種規格。支撐桁架兩端的外側三角撐長度伸出桁架0.5m，在桁架頂面滿鋪厚度為5cm的腳手板，主操作平臺一側的輔助工作平臺采用鋼板和木板混合結構制作，鋼木結構設計為吊架形式，吊桿采用直徑為20mm的圓鋼，圓鋼布置間距設計為2.5m，輔助平臺的架體總寬度為80cm，在架體上滿鋪厚度為3cm腳手板，輔助平臺架體外側設置高度為80cm的防護欄桿[3]。

4.2 液壓千斤頂數量確定

4.2.1 液壓滑模系統豎向總荷載確定

滑模豎向荷載的來源包括滑?；枇?、墩臺施工荷載以及滑模系統自身重量，其計算公式為如下：

式中：W總——滑模系統承受的豎向總荷載（t）;

W阻——滑升阻力（t）;

W施——施工總荷載（t）;

W自——施工總荷載（t）。

上述計算公式W阻中的滑模單位面積滑升阻力根據施工經驗和相關規范按照0.2t/m2考慮，滑升阻力附加系數取值1.5，根據模板高度和墩身界面尺寸計算模板與混凝土接觸面積為：（6.6m+3.4m）×2×1.28m=25.6m2，故W阻=25.6m2×0.2t/m2×1.5=7.68t。W施主要包括施工用鋼筋重量、鋼管重量、電焊機重量、振搗棒重量、滑模設備重量以及施工操作員重量，根據施工經驗保守估計5.5t。W自主要包括鋼板重量、槽鋼重量、角鋼重量以及各類木板重量，根據施工經驗保守估計9.5t。施工用鋼筋重量、鋼管重量、電焊機重量、振搗棒重量、滑模設備重量以及施工操作員重量，根據施工經驗保守估計5.5噸。故液壓滑模系統豎向總荷載W總=7.68t+5.5t+9.5t=22.68t。

4.2.2 滑模系統支撐桿允許承載力確定

支撐桿允許承載力計算公式如下：

式中：P——支撐桿承載力（t）;

α——整體式液壓控制臺工作系數，取值0.7;

E——支撐桿彈性模量（KN/cm2）

I——支撐桿截面慣性矩（cm4）;

L0——砼面上表面到千斤頂卡頭之間距離（cm）;

K——施工安全系數，取值2.0。

上述計算公式中，支撐桿材質為Q235鋼，其彈性模量為2.1×104KN/cm3，支撐桿直徑為3.0cm，I=πd4/64≈3.97cm4，計算L0值將千斤頂上下卡頭距離按施工經驗值考慮為6cm，則砼面上表面到千斤頂卡頭之間距離=（130-6）=124cm。最終計算出支撐桿件的容許承載力值為P=（0.7×40×2.1×104KN/cm2×

3.97cm4）/2.0×（124+95）2=24.34KN（結果保留兩位小數），換算成噸約等于2.48t，本項目使用的HM-120型液壓千斤頂的額定承載力為120KN，計算承載力時取額定承載力的一半即60KN計算，其承載力為60×0.102=6.12t。

4.2.3 滑模系統液壓千斤頂數量確定

液壓千斤頂數量計算公式如下：

式中：W總——滑模系統承受的豎向總荷載（t）;

P——支撐桿允許承載力（t，在支撐桿承載力和千斤頂承載之間取小值）;

C——荷載不均勻分布系數，取0.8;

N——千斤頂數量。

將上述計算入去代入公式可計算出N值，N=22.68t÷2.48÷0.8=11.43，根據施工現場千斤頂對稱布置原則，千斤頂數值取偶數，故現場需要布置12臺千斤頂。

5 高墩臺滑模施工

1）滑模組裝。將墩臺基礎面鑿毛清洗干凈且不留積水后，進行橫向鋼筋的綁扎。然后搭設枕木垛，安裝滑模系統的提升和操作平臺。2）滑模提升。將滑模提升到一定高度后，撤掉枕木垛，然后安裝滑模其他設備，繼續提升滑模到一定高度后，再繼續安裝外吊腳手架以及其他裝置。3）混凝土澆筑。本公路橋梁的高墩臺施工混凝土選用坍落度為8cm作用的干硬混凝土，澆筑時采取分層且均勻澆筑原則，煤層澆筑厚度為20cm，當澆筑面距離模板上邊緣距離在15cm左右時立即停止澆筑，這個要求是為了確?；炷翝{液不會溢出滑模，澆筑的同時即進行混凝土振搗工作，振搗本層澆筑混凝土時，插入下層混凝土面的深度不可超過5cm，振搗棒不能碰到鋼筋和預埋件。4）滑模提升?；Ｌ嵘偣卜譃槌跎?，正常階段滑升以及停止滑升三個階段。初升階段的混凝土分3層澆筑，澆筑厚度控制在60cm左右，此過程大概需要4h，然后將滑模慢慢提升5cm，并檢查混凝土漿液情況判斷其是否具備出模標準，達到出模標準后繼續提升4個千斤頂行程高度，提升結束后對整個滑模系統進行全面檢查。正?；A段應澆筑一層達到滑升條件后就要提升一次，確保提升高度與上一次的澆筑高度相符，根據現場施工情況判定澆筑和提升速度控制在20cm/h為宜，每次滑模的提升高度控制在30cm以下。停止滑升階段要緊盯滑模與高墩臺設計標高，當二者間距在1m左右時，立即停止滑模提升，然后進行標高測量和局部找平，確保高墩臺的標高與設計標高誤差在規范要求范圍內。

6 液壓滑模施工過程應注意事項

1）確?；ｄ摪宓馁|量滿足要求?；炷翝仓^程中，在混凝土重量和混凝土澆筑沖擊力的作用下的，滑模鋼板會發生撓曲變形，規范要求模板的最大撓度數值要小于支點間距的千分之一，所以在選擇滑模鋼板類型時，要結合理論計算數值和施工現場試驗情況綜合確定。2）千斤頂和滑模接頭頂桿的確定。首先要明確的是滑模頂桿和千斤頂在數量上是一致的，要確定頂桿的承載能力和千斤頂的最大承載力基本保持一致，頂桿采用均勻布置原則，千斤頂也需同樣采用均勻布置原則，如果施工過程中發現局部荷載較大時，可以采用集中布置形式代替均勻分布布置。頂桿和千斤頂的數量可以通過計算確定，但是切莫只考慮計算結果來確定數量，要將計算數量與施工現場實際情況來綜合確定千斤頂和頂桿數量。3）垂直度和和水平度控制注意事項。在橋梁高墩臺滑模施工過程中，如果千斤頂爬升不同步、混凝土沒有嚴格按照分層均勻澆筑措施進行澆筑以及施工荷載分布不均等因素都會造成橋梁高墩臺在施工過程中發生偏移的質量缺陷，所以在施工過程中要對高墩臺垂直度和水平對進行勤量勤測，根據測量結果進行及時糾偏和修正。在施工中，滑模升高1m就需要進行全方位的觀測和校正，如果出偏移情況，立即停止施工并查找原因，并制定糾偏措施。此外，糾偏過程中要分多次進行糾偏，直至校正合格。4）施工期間針對極端天氣的處理措施。如果施工過程中遇到了暴雨、溫度驟降或者酷暑等極端天氣，要停止施工作業，停止施工作業前要確保最后一層滑膜被澆筑且振搗完畢。停止施工后，間隔1h就要微微提升一下滑模，防止滑模與混凝土面生粘結。5）安全保證措施。操作人員主要集中在操作平臺，所以操作平臺的傾斜度一定要控制1%以內，所有施工人員必須正確佩戴安全帽。絲扣接頭緊固，隨時檢查垂直運輸機運行狀態，液壓滑模拆除作業前要進行三級安全交底，對拆除人員進行安全技術培訓，培訓合格后方可進行拆除作業。

7 結語

液壓滑模施工技術應用的關鍵是模板組裝、提升系統設計和脫模強度的判斷，也和現場施工人員認真嚴謹的施工態度密不可分。該公路橋梁高墩臺應用液壓滑模施工技術后的施工質量經過檢測后，完全符合規范設計要求，而且施工進度較快，比合同約定工期提前了一周，而且施工成本控制良好，取得較好的社會效益和經濟效益。

參考文獻：

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[3]程召華.橋梁施工中液壓滑模施工技術的應用分析[J].運輸經理世界. 2023（36）：89-91.

[4]郝風朝.橋梁高墩滑模結構設計研究[J].交通世界. 2023（21）：149-151.